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热力学1-2

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热力学第一定律与第二定律

热力学第一定律与第二定律

热力学第一定律与第二定律热力学是研究能量与热的转化和传递规律的科学，它是自然科学中重要的分支之一。

在热力学中，第一定律和第二定律是两个基本的定律，它们定义了能量守恒和能量转化的方向，对于理解热力学系统的行为和实际应用具有重要意义。

1. 热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量在系统与环境之间的传递和转化后总量保持不变。

它可以通过下式表达：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。

根据热力学第一定律，一个封闭系统的能量是守恒的，能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。

热力学第一定律还可以用来推导出热机效率的表达式。

在一个热机中，根据热力学第一定律，系统吸收的热量等于系统对外界做的功加上系统内能的变化。

根据这个原理，我们可以得到热机效率的公式：η = 1 - Qc/Qh其中，η表示热机的效率，Qc表示热机向冷源放出的热量，Qh表示热机从热源吸收的热量。

这个公式表明，在一个热机中，不能把吸收的热量完全转化为功，一部分热量必须放出到冷源中，效率小于1。

2. 热力学第二定律热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一，它表明热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，而是自发地从高温物体传递到低温物体。

热力学第二定律有多种等效的表述方式，其中最常见的是克劳修斯表述和开尔文表述。

克劳修斯表述中，热量不会自发地从冷热源传递到热热源，即不存在一个热机，它只从一个热源吸热，然后完全转化为功，再把一部分热量放到冷热源上，不对环境产生任何影响。

这相当于说，在一个封闭系统中，不存在一个循环过程，使得系统对外界做的功等于输入的热量。

这个等效表述被称为克劳修斯表述。

开尔文表述中，不可能制造一个只从一个热源吸热，然后完全转化为功的热机，而不对环境产生任何影响。

这相当于说，在一个封闭系统中，不存在一个循环过程，使得系统吸收的热量完全转化为功，不放出热量到冷热源。

热力学基础(1-2)

热力学基础(1-2)

盖斯定律： 化学反应不管是一步完成还是分 几步完成，其反应热总是相同的。
P29 试由键能计算下列发应的焓变 CH3CH3(g) ② C(g) + 6H(g)
根据Hess定律： H ② = H ① + H ③ ∵ H ①=rH m, H ②=bH m(C-C, 6C-H), H ③=bH (C=C, 4C-H, H-H) ∴ rH m= bH m(C-C, 6C-H)－bH m(C=C, 4C-H, 反应物 产物 H-H)
反应进度必须对应具体的反应方程式。
3.热化学方程式 表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓 变)关系的化学反应方程式。 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) mol △ rHm 298 = -483.64kJ· -1
△ rHm 称为反应的标准摩尔焓变。
标准状态： 气体：T，p = p =100kPa 液、固体：T，p 下，纯物质 溶液：溶质B，bB=b =1mol· -1 kg cB=c =1mol· -1 L
敞开体系：与环境有物质交换也有能量交换。
封闭体系：与环境无物质交换有能量交换。
隔离体系：与环境既无物质也无能量交换。
2.1.2 状态和状态函数
状态(state)：系统的宏观性质的综合表现。 状态函数(state function)：描述系统性质的物 理量。(p,V,T) 特点：① 状态一定,状态函数一定。 ② 状态变化,状态函数也随之而变(未 必所有状态函数都要变化)。
U 2 U1 U
热力学能变化只与始态、终态有关，与 变化途径无关。
2.2.3 热力学第一定律
(first law of thermodynamics)
能量具有各种不同的形式，它们之间可以相 互转化，而且在转化的过程中能量的总值不变！ 热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律。 Q U1 W U2 U2 = U 1 + Q + W U2 - U 1 = Q + W

化工热力学3-1Chapter3纯流体的热力学性质计算(1-2)

化工热力学3-1Chapter3纯流体的热力学性质计算(1-2)

热力学的四个基本公式
对热力学四个基本公式的说明： (1) 虽然在四个基本公式的推导过程中采用了可逆过程，
如 d Qr = TdS 和 d W膨胀 = pdV ，但这些公式适用于包括可逆过
程和不可逆过程在内的任何过程。这是因为公式中的物理量皆 为状态函数，其变化值仅取决于始态和终态。
注意：只有在可逆过程中，上述公式中的 TdS 才代表热效 应，pdV 才代表膨胀功。若是不可逆过程，则根据热力学第二
y
(3 6)
02:12
11
§3.1 热力学性质间的关系 Chapter3.纯流体的热力学性质计算
3.1.2 点函数间的数学关系式
(1)全微分关系式与偏微分原理——Green定律
式（3-5）、（3-6）即为Green定律,其意义:
①若x、y、Z都是点函数，热力学即为状态函数或称 系统性质，且Z是自变量x、y的连续函数，则Z必有 全微分式且存在式（3-6）；
dU=TdS－pdV (3-1) dH=TdS+Vdp (3-2) dA=SdTpdV (3-3) dG=SdT+Vdp (3-4)
注意基本微分方程的应用条件及其含义：
定量、定组成、单相、无非体积功的体系！
定量——封闭体系或稳流体系；
只有
定组成——无化学反应；
状态
单相——无相变
变化
02:12
无需 可逆 条件
dH=T·dS+V ·dp 等温时两边除dp (H/p)T=V+T (S/p)T
S p
T
V T
p
H p
T
V
T V T
p
H
T2 T1
cpdT
p2 p1
V

高中物理 第十章 热力学定律 第1、2节 功和内能 热和内能讲义(含解析)新人教版选修3-3-新人教

高中物理 第十章 热力学定律 第1、2节 功和内能 热和内能讲义(含解析)新人教版选修3-3-新人教

第1、2节功和内能热和内能1.绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热的过程。

2．绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。

3．热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部分，或从高温物体传递给低温物体的过程。

4．系统在单纯的传热过程中，内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。

5．做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等效性，但二者实质不同。

一、焦耳的实验1．绝热过程系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。

2．代表实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温度上升。

(2)通过电流的热效应给水加热。

3．实验结论要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。

二、功和内能1．内能的概念(1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。

(2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。

2．绝热过程中内能的变化(1)表达式：ΔU＝W。

(2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。

三、热和内能1．热传递(1)条件：物体的温度不同。

(2)过程：温度不同的物体发生热传递，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。

(3)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。

2．热和内能(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。

(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

(3)单纯的传热过程中内能的变化。

①公式：ΔU＝Q。

②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。

1．自主思考——判一判(1)温度高的物体含有的热量多。

(×)(2)内能大的物体含有的热量多。

(×)(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。

(×)(4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。

(√)(5)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。

物理化学 热力学一定律、二定律复习

物理化学 热力学一定律、二定律复习

H nC p,m dT
T1
T2
H Qp
此式适用于W′＝0、dp＝0的封闭系统所进行的一切过程
理想气体恒温pVT 变化:
U 0

H 0
4. 化学反应热效应
由生成焓求反应焓 r H m B f H m B 由燃烧焓求反应焓 r H m B c H m B
2. 单纯pVT变化过程的熵变
V2 T2 S nR ln nCV ,m ln V1 T1 p1 T2 S nR ln nC p ,m ln p2 T1
将C p ,m、CV ,m看成定值
p2 V2 S nCV ,m ln nC p ,m R ln p1 V1
3. 相变化过程的熵变
U QV 适用于W ' 0, dV 0的封闭系统所进行的一切过程。
H U ( pV )，式中：( pV ) p2V2 pV1 1
此式适用于封闭系统的一切过程。
此式适用于n、Cp,m恒定的理想气体单纯pVT变化的一切过程； 或n、Cp,m恒定的任意单相纯物质的恒压变温过程。
熵判据
不可逆 自发 隔离系统：S 0 或 dS 0 可逆 平衡 自发 S隔离 S系统 S环境 0 平衡
V2 p1 nR ln 理想气体的恒温可逆和不可逆过程：T S nR ln V1 p2
纯物质的恒压变温可逆和不可逆过程： p S nC p ,m ln T2 T1 纯物质的恒容变温可逆和不可逆过程：V S nCV ,m ln T2 T1 理想气体pVT都变的可逆过程：
5. 理想气体的绝热可逆方程：
T2
T1
Cv ,m

热力学第一定律和第二定律

热力学第一定律和第二定律

热力学第一定律和第二定律热力学第一定律1. 内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对物体做的功W，与物体从外界吸收的热量Q之和,等于物体的内能的增加量2. 数学表达式：W+Q=ΔU(1)Q取决于温度变化：温度升高，Q>0;温度降低，Q<0.(2)W取决于体积变化：V增大时，气体对外做功，W<0;V减小时，外界对气体做功，W>0.(3)特例：如果气体向真空扩散，那么W=0.(4)绝热过程Q=0，关键词是“绝热材料”或“变化迅速”。

3. 热力学第1定律的理解(1)做功改变物体的内能：外界对物体做功，物体内能增加;物体对外做功，物体内能减少。

在绝热过程，物体做多少功，改变多少内能。

(2)热传递改变物体的内能：外界向物体传递热量，即物体吸热，物体的内能增加;物体向外界传递热量，即物体放热，物体的内能减少。

传递多少热量，内能就改变多少。

(3)做功和热传递的实质，做功改变内能是能量的变化，用功的数值来度量;热传递改变内能是能量的转移，用热量来度量。

热力学第二定律1.热传导的方向性：热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。

2.补充说明：(1)“自发地”过程就是不受外界干扰的条件下进行的自然过程;(2)热量可以自发地从高温物体向低温物体传递，却不能自发的从低温物体传向高温物体;(2)热力学第二定律的能量守恒表达式：ds≥δQ/T(3)热量可以从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。

3.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传向高温物体。

(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功，而不引起其他变化。

化工热力学-第1-2章

化工热力学-第1-2章

2.1 引言
热力学性质的计算需要流体最基本的性质 流体最基本的性质： (1)P、V、T、组成和热容数据； （2）热数据（标准生成焓和标准生成熵等） 积累了大量纯物质及其混合物的P-V-T数据 大部分纯物质的临界参数、正常沸点、饱 和蒸汽压的基础数据
2.2 纯物质的 –V –T相图 纯物质的p 相图
第一章 绪论
主要任务： 主要任务：是运用经典热力学原理解决
（1）过程进行的可行性分析和能量有效利用； ）过程进行的可行性分析和能量有效利用； （2）平衡问题，特别是相平衡； ）平衡问题，特别是相平衡； （3）平衡状态下的热力学性质计算。 ）平衡状态下的热力学性质计算。 (4)热力学性质与压力、温度和组成等能够直接测量的物理量联系起来； 热力学性质与压力、温度和组成等能够直接测量的物理量联系起来； 热力学性质与压力 V=V（T，P） （ ， ） M=M（T，P） M=U，H，A，G，Cp，…… （ ， ） ， ， ， ， ， （5）检验实验数据质量 ）
有穿过相界面，这个变化过程是渐变的过程， 即从液体到流体或从气体到流体都是渐变的 过程，不存在突发的相变。超临界流体的性质
B
非常特殊，既不同于液体，又不同于气体，它 的密度接近于液体，而传递性质则接近于气 体，可作为特殊的萃取溶剂和反应介质。近些 年来， 利用超临界流体特殊性质开发的超临界 分离技术和反应技术成为引人注目的热点。
第一章 绪论
1.5 热力学性质计算的一般方法
[例题 例题1-1] 计算例图1-1所示的纯流体单相区的强度性质M的变 例题
化量.系统从(T1,p1)的初态变化至(T2,p2)的终态。
解决问题的一般步骤： P （1）变量分析 M=（T，P） (T2,p2) （2）将热力学性质与能直接测量的P-V-T 性质和理想气体热容Cpig联系起来 △M=M（T2，p2）-M （T1，p1） (T1,p1) ig（T ，p ）] =[M（T2，p2）-M 2 0 T - [M（T1，p1）-M ig（T1，p0）] 例图1-1 均相纯物质的 均相纯物质的P-T图 例图 图 + [M ig （T2，p0）-M ig（T1，p0）] （3）引入表达系统特性的模型 （4）数学求解

人教版高中物理 选修1-2 2.4热力学第二定律

人教版高中物理 选修1-2 2.4热力学第二定律

第3章 热力学第二定律练 习1、发过程一定是不可逆的。

而不可逆过程一定是自发的。

上述说法都对吗？为什么？ 答案：（第一句对，第二句错，因为不可逆过程可以是非自发的，如自发过程的逆过程。

）2、什么是可逆过程？自然界是否存在真正意义上的可逆过程？有人说，在昼夜温差较大的我国北方冬季，白天缸里的冰融化成水，而夜里同样缸里的水又凝固成冰。

因此，这是一个可逆过程。

你认为这种说法对吗？为什么? 答案：（条件不同了）3、若有人想制造一种使用于轮船上的机器，它只是从海水中吸热而全部转变为功。

你认为这种机器能造成吗？为什么？这种设想违反热力学第一定律吗？答案：（这相当于第二类永动机器，所以不能造成，但它不违反热力学第一定律)4、一工作于两个固定温度热源间的可逆热机，当其用理想气体作工作介质时热机效率为 η1，而用实际气体作工作介质时热机效率为 η2，则A ．η1>η2B ．η1<η2 C.η1=η2 D.η1≥η2 答案：（C ）5、同样始终态的可逆和不可逆过程，热温商值是否相等？体系熵变 ΔS 体 又如何？ 答案：（不同，但 ΔS 体 相同，因为 S 是状态函数，其改变量只与始、终态有关）6、下列说法对吗？为什么？(1)为了计算不可逆过程的熵变，可以在始末态之间设计一条可逆途径来计算。

但绝热过程例外。

(2)绝热可逆过程 ΔS =0，因此，熵达最大值。

(3)体系经历一循环过程后，ΔS =0 ，因此，该循环一定是可逆循环。

(4)过冷水凝结成冰是一自发过程，因此，ΔS >0 。

(5)孤立系统达平衡态的标态是熵不再增加。

答案：〔(1) 对，(2) 不对，只有孤立体系达平衡时，熵最大，(3)不对，对任何循环过程，ΔS ＝0 不是是否可逆，(4) 应是 ΔS 总＞0，水→冰是放热，ΔS ＜0，ΔS ＞0，(5) 对〕7、1mol H 2O(l )在 373.15K 、下向真空蒸发变成 373.15K 、的 H 2O(g )，试计算此过程的 ΔS 总，并判断过程的方向。

热力学第一第二定律复习

热力学第一第二定律复习

热力学第二定律 一、重要概念 卡诺循环，热机效率，热力学第二定律,克劳修斯不等式 熵，规定熵，标准熵，标准摩尔反应熵，亥姆霍兹函数 ，吉布斯函数 二、主要公式与定义式 1. 可逆热机效率：η = -W / Q1 =(Q1+Q2)/ Q1 = 1 - T2 / T1 (T2 , T1 分别为低温，高温热源) 2．卡诺定理：任何循环的热温熵小于或等于0
(3) 对于凝聚相，状态函数通常近似认为只与温度有关， 而与压力或体积无关，即 d U≈d H= n Cp,m d T
(5) 相变过程 可逆相变：在温度T对应的饱和蒸气压下的相变，如水 在常压下的0℃ 结冰或冰溶解，100 ℃ 时的汽化或凝结等 过程。 由温度T1下的相变焓计算另一温度下的相变焓T T2 q q D Hm (T2)= D Hm (T1)+ D C dT
三、ΔS、ΔA、ΔG的计算 1．ΔS的计算(重点) 特例：恒温过程： ΔS = nRln(V2/V1) 恒容过程： ΔS =nCV,mln(T2/T1) 恒压过程： ΔS =nCp,mln(T2/T1) (2) 相变过程：可逆相变 ΔS =Δ H/T ； 非可逆相变 需设计路径计算 (3) 标准摩尔反应熵的计算 Δ rSmθ = ∑ vB Smθ (B，T) 2．Δ G的计算 (1) 平衡相变或反应达到平衡：Δ G=0 (2) 恒温过程：ΔG=Δ H-TΔS (3) 非恒温过程：Δ G=Δ H- ΔT S =Δ H -(T 2S2-T1S1) 注：题目若要计算Δ G，一般是恒温过程；若不是恒温， 题目必然会给出绝对熵。
(1) Δ S(隔离)>0，自发(不可逆)； Δ S(隔离)=0，平衡(可逆)。 （2）恒T、恒p、W ’=0过程(最常用)： dG<0，自发(不可逆)；dG=0，平衡(可逆)。 (3) 恒T、恒V、W ’=0过程： dA<0，自发(不可逆)； dA=0，平衡(可逆)。

重庆理工大学工程热力学习题1-2

重庆理工大学工程热力学习题1-2

基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力性质1．热力系内工质质量若保持恒定，则该热力系一定是 D 。

A 开口系 B 闭口系 C 孤立系 D 不能确定题解：当稳定流动的开口系mout q q min 则热力系工质质量亦保持恒定2．当分析以下热现象时，通常哪些可以取作闭口系：（B ）1）正在使用的压力锅内的蒸汽 。

2）被扎了胎的自行车轮胎。

3）汽车行驶中轮胎被热的路面加热。

4）内燃机气缸内燃烧的气体。

5）内燃机排气冲程时气缸内的燃烧气体。

A 1）、2）可取作闭口系B 3）、4）可取作闭口系C 4）、5）可取作开口系D 2）、4）可取作开口系3．热力系与外界既有质量交换，又有能量交换的是 D 。

A 闭口系 B 开口系 C 绝热系 D 开口系或绝热系4．开口系的质量是 C 。

A 不变的B 变化的C 变化的也可以是不变的D 在理想过程中是不变的5．下列热力系中与外界可能与外界有质量交换的系统是 D 。

A 开口系 B 绝热系 C 闭口系 D 开口系、绝热系6．某设备管道中的工质为50mmHg ，设大气压力为80kP a ，此压力在其压力测量表计上读数为 A 。

A 73.3 k PaB 86.67 k PaC 130 k PaD 30k Pa题解：工质压力50mmHg ×133.32=6666Pa ，低于大气压力，设备管道为负压状态，表计指示为真空值7．如图所示，某容器压力表A 读数300kP a ,压力表B 读数为120kP a ,若当地大气压力表读数720mmHg ，则压力表C 的读数为 B 。

CA 276.06kP aB 180kP aC 396.1kP aD 216.06kP a题解：由∏I I -=-=p p p p p p B b A ,,则B A b C p p p p p -=-=∏。

8．容器内工质的压力将随测压时的地点不同而 C 。

A 增大B 减小C 不变D 无法确定题解：测压地点不同b p 不同，测量压力的参考基准变了，表压力b g p p p -=、真空值p p p b v -=会随之变化，但工质的压力不会随测压地点而变化。

第二章 热力学第一定律-2

第二章 热力学第一定律-2

即：
r
H
mT
B
f
H
m
B
,
,T
B
★☆★ 注意：上式中，β为B物质的相态，B为物种，T为温 度； B 为化学计量系数（生成物取正值，反应物取负值）。
2. 由“标准摩尔燃烧焓”来计算“化学反应的标准摩尔反应焓”
同上述的讨论：
r
H
mT
B
c
H
m
B,
,T
B
3. 标准摩尔反应焓 r HmT 与温度的关系
C Q dT
式中Q 不是导数， 所以： Q T2 C dT
dT
T1
★☆ 注 意：因为Q为过程函数，所以其微小变化用Q 表示，而不用 dQ 表示。
二、摩尔等压热容、摩尔等容热容
1. 比热（容）——若体系的量为1Kg，则此时体系的热容称为比 热（容）。单位：J·K-1·Kg-1。
2. 摩尔热容——Cm，单位：J·K-1·mol-1； C n Cm
D. *摩尔稀释热——在恒定的T、P的条件下，将一定量的溶剂添加到含有 1
mol 溶质B（B的摩尔分数为 xB,1 ）的溶液中，使B的浓度变
为 xB,2 ，该过程所产生的热效应称为指定条件下溶质B自 xB,1 稀释
为 xB,2 的 “摩尔稀释热”。以表示 dil H m B,xB,1xB,2
为：kJ mol1 。
r
H
m
C2 H 4Og,P , T 298.15K
途径Ⅱ‚ΔΗ2
途径Ⅰ‚ΔΗ1
2C石墨，P
2H
2 g，P
1 2
O2 g，P
，298.15K
根据：
H1
H 2
r
H
m

热力学基础,1-2,2013

热力学基础,1-2,2013

某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界 做功 A，系统内能从初始态 E1变为 E2，则 由能量守恒：
Q E A
热力学第一定律 的普遍形式
二、热力学第一定律 系统从外界吸收的热量，在数量上等于该过程 中系统内能的增量及对外界作功的总和
Q E A
对无限小过程
dQ dE dA
M i E RT M mol 2
8-2 内能
热力学第一定律
E E (T )
温度改变，内能改变量为
M i E R T M mol 2
一定质量的理想气体在状态变化过程中，内能的 改变只与始末两态温度有关，而与具体过程无关
系统内能改变的两种方式 1、做功 摩擦升温（机械功）、电加热（电功） 功是过程量 2、热量传递 热量是过程量 使系统的状态改变，传热和作功是等效的。
Q dQ Cx lim ( )x ( )x T 0 T dT
• 比热容：单位质量的理想气体在某过程中温度
升高 1 K 时吸收的热量
• 摩尔热容：1 mol 的理想气体在某过程中温度
升高 1K 时吸收的热量
注意: 热容是过程量，式中的下标 x 表示具体 的过程。
(1) 定体摩尔热容CV ：1 mol 的理想气体在
dV 0 , dA 0 , 系统不作功。
P
功的大小等于p—V 图上过
程曲线p(V)下的面积。
O V 1 dV V2
V
p
p1
I
b
p p2
a
II
A

V2
V1
pdV
o V V V dV V V 2 1
功的数值不仅与初态和末态有关，而且还依赖于
所经历的中间状态，功与过程的路径有关。

工程热力学与传热学：1-2 平衡状态及状态参数

工程热力学与传热学：1-2 平衡状态及状态参数
（2）热力学第零定律（the zeroth law of Thermodynamics） 如果两个物体同时与第三个物体处于热平衡，
则它们彼此也处于热平衡。 （3）温标 （temperature scale）
温度的数值表示法。
➢ 热力学温标 （thermodynamic scale of temperature）
1—2 平衡状态及状态参数
1-2-1 工质的热力学状态
பைடு நூலகம்
1. 工质的热力学状态（thermodynamic state）
工质在热力变化过程中的某一瞬间所呈现的宏观
物理状况。
2. 状态参数（state parameter）
系统的 热力学状
描述工质所处状态的宏观物理量。 态
说明
➢状态参数是热力系统状态的单值函数
10m H2O
HH g
p
Hg
1.013 105 pa 13.6 103 9.81
760m
m
Hg
（3）绝对压力，表压力和真空度 ➢ 绝对压力（absolute pressure） 是以绝对真空为基准计量得到的压力，
是工质的真实压力。
➢ 表压力（gage pressure）
是以大气压为基准测量得到的压力 用 Pe 表示
热力学温标基准点：
取水的三相点（triple point）（纯水固、液、气三相
平衡共存的状态点）为基准点，
定义其温度为273.16 K。
１Ｋ= 水的三相点？
➢ 热力学摄氏温标（Celsius）
定义： t = T – 273.15 ℃
✓ 摄氏温度0 ℃ = 热力学温度273.15K ✓ 水的三相点温度 t = 0.01 ℃
2. 压力 （pressure）

热力学第一、二定律

热力学第一、二定律
Q
问题：如果没有漏气、没有摩擦，也没有机体热量的损失，这样 的热机的效率是不是100%？
不是
高温 热库
低温 热库
3.开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而 不产生其他影响。该表述阐述了机械能与内能转化的方向性，机 械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机 械能。
1.一切宏观自然过程的进行都具有方向性。 2.气体向真空的自由膨胀是不可逆的。
专题：理Байду номын сангаас气体状态方程与热力学第一定律综合问题
一气缸密封了一定质量的理想气体。已知气缸的横截面积为S，活 塞的质量为m，活塞到气缸底部的距离为 3h，大气压强为p0，气体 的热力学温度为T，重力加速度为g。现给气体加热，使活塞缓慢上 升h，求： ①气体此时的热力学温度； ②若此过程中气体吸收的热量为Q，气体内能的增加是多少？
h
3h
一定质量的理想气体在等压变化过程中，外界对
气体做的功： W PΔV
三、热力学第二定律的另一种表述（开尔文表述）
1.热机：利用内能作用的机械。如汽油机、柴油机、蒸汽轮机、 喷气发动机等。热机工作用两个阶段，第一个阶段是燃烧燃料， 把燃料中的化学能变成工作物质的内能，第二个阶段是工作物质 对外做功，把自己的内能变成机械能。
2.热机的效率η：热机输出的机械功与燃料生成的热量的比值，公 式为 W 。热机的效率不可能达到100%。
10.4热力学第二定律
一、热力学第二定律
1.一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。如物体间的 传热、气体的膨胀、扩散、有摩擦的机械运动等，都有特定的方 向性。
2.反映宏观自然过程的定律就是热力学第二定律。
二、热力学第二定律的一种表述（克劳修斯表述）

热力学第一定律 1-2 u1

热力学第一定律 1-2 u1
条件下，焓变等于等压热效应 Qp。Qp 容易测定，从 而可求其它热力学函数的变化值。
1-3-3 焓（enthalpy）---H
焓：H = U＋pV ①状态函数：定义式中焓由状态函数组成。 ②广度性质； ③焓不是能量：具有能量量纲，单位：J或kJ。但不
遵守能量守恒定律。
注意：？？H？本？身没非有等明压确过的程物理是意否义有，热绝效对应值？不可知。
【解】
途径I，Q＝-100J，W＝50J 1.ΔU=QI+WI=-100+50＝-50J ∴QII＝ΔU-WII＝-50＋80＝30J 2.ΔU’＝-ΔU＝50J ∴QIII＝ΔU-WIII＝50－50＝0
§1-3 等容热、等压热和焓
1-3-1 等容热---QV
Q dU W dU W p外dV
使用时，注意适用的范围。
Cp、C V
• ②CV
CV
QV
dT
dU dT
CV


U T
V
CV，m
def


U m T
V
U
QV

T2 T1
nCV，mdT
W等 容 0
---等容简单变温过程热的计算
3、估计理想气体的热容
CV ,m
• 这表明体系存在一个状态函数，在绝热过程中此 状态函数的改变量等于过程的功。 ——热力学能U
焦耳实验结论可表示为: U=U2－U1 = W（封闭，绝热）
根据GB3102.8－93状态函数 U 称为热力学能，单位为J。
热力学能
体系总体能量(E)状况：①整体动能(T)；②整体势能 (V)； ③热力学能(U)
物理化学—第一章
U Q W

物理化学1-2章公式总结

物理化学1-2章公式总结
8
(3)理想气体恒温混合 ∆S = −R∑ni ln yi
i =1 K
, 能用这个公式各气体的 对不同种分子的混合才 的 ∆ 分压在混合前后是改变 , 否则 S = 0 。 4 （ ）单组分理想气体任意 过程 V2 T2 ∆S = SB − SA = nRln + nCV ,m ln V1 T1 p1 T2 V2 p2 = nRln + nC p,m ln = nC p,m ln + nCV ,m ln p2 T1 V1 p1
∂U ∂ H T = = ∂ S ∂ S
V
∂Z ∂ Z dZ = dY dX + ∂ X ∂Y
Y X
p
∂ A ∂ G S = − = − ∂T ∂T
V
p
麦克斯韦关系式 dZ = MdX + NdY
1.热力学基本定律 热力学基本定律
1.1热力学第一定律和热力学能 热力学第一定律和热力学能
①热力学第一定律的数学表达式 (封闭系统任何过程) ∆U = Q + W
dU = dQ + dW (封闭系统微小过程)
V2 V1
dW体积 = - p外dV，W体积 = -∫
p外dV
在封闭系统， W 在封闭系统， ' = 0的恒容过程中 ∆U = QV
T
V
p
12
V(β ) V (α )
∆U = ∆H − ∆( pV )
T2 T1
∆U = ∫ nCV ,mdT
pd = − p V ( β ) −V (α ) V
(
)
如涉及气体则液体或固体的体积可 , , 忽略 , 还可用 (g) = nRT pV 如气体可视为理想气体

§1-2 热力学第一定律

§1-2 热力学第一定律

1 2
c 2 gz 2 p 2 v 2
2
根据能量守恒与转换定律
u1 1 2 c 1 gz 1 p 1 v 1 q u 2
2
1 2
c 2 gz 2 p 2 v 2 w s
2
1 2 1 2 q u 2 u 1 p 2 v 2 p 1 v 1 c 2 c 1 gz 2 gz 1 w s 2 2

闭口系的热力学第一定律解析式

热力学第一定律解析式：
q=△u + w 上式表明：加给工质的热量，一部分用来改变 工质的内能，另一部分则用来使工质膨胀而对 外作功。
注：该式仅适用于闭口系。
开口系的热力学第一定律解析式（稳 定流动能量方程式）

在常见的热力设备中，如电厂锅炉、汽轮机、给水泵等， 工质的流动接近稳定流动。就是说工质的流动情况不随时 间而变化。实现稳定流动的必要条件，即 （1）进、出口截面的参数不随时间变化。
蕴藏的总能量，包括内动能和内势能。
内动能，分子运动的动能。工质内部分子
运动的动能愈大，工质的温度愈高，即工 质的内动能是温度 T 的单值函数；

内势能
分子之间由于相互作用力而具有的能量。 工质的内势能与工质的比体积有关，是比
体积 v 的函数。理想气体由于不存在内 聚力，故内势能为零。
工质的内能，决定于工质的热力学温度和比体 积，即：u = f (T, v)。这表明：工质内能的大 小完全取决于它所处的热力学状态。 理想气体的内能，是温度的单值函数。Biblioteka 比 焓h u pv
1 2 1 2 w t c 2 c 1 gz 2 gz 1 w s 2 2

工程热力学课件第1,2章

工程热力学课件第1,2章
第一章 基本概念
Basic Concepts and Definition
1-1 热能和机械能相互转换过程
1-2 热力系统
1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数 1-4 平衡状态 1-5 工质的状态变化过程
1-6 功和热量 1-7 热力循环
1
1-1 热能和机械能相互转换的过程
一、热能动力装置(Thermal power plant)
定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力 的整套设备。 燃气动力装置(combustion gas power plant) 内燃机(internal combustion gas engine) 燃气轮机装置(gas turbine power plant) 喷气发动机(jet power plant) …… 蒸气动力装置 (steam power plant)
定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 • 高温热源—热源 （ heat source ） 低温热源—冷源（heat sink） • 恒温热源(constant heat reservoir) 变温热源
热动力装置工作可以概括为：
工质从高温热源吸取热能，将其中一部分转化为机械能， 把另一部分热能传给低温热源。
分 类
2
热机工作过程示意图
过热蒸汽 发电机
高温热源 吸热Q1 作功W 热机 机械能 放热Q2 低温热源
3
锅 炉
汽轮机
循环水
乏汽
冷凝器
水泵 冷却水
为使热能源源不断地转化为机械能必须：
1. 凭借工质作为媒介物质；
2. 工质源源不断地从高温热源吸收热量；
3. 工质热力学状态发生循环往复的连续变化；
4. 向温度较低的热源排出一部分热量。

第一章热力学基础1-2

第一章热力学基础1-2

状态函数共同性质 (1)体系的状态一定，状态函数有确定 (1)体系的状态一定，状态函数有确定值。 体系的状态一定 函数有确 (2)状态函数的改变量只取决于体系的起始状态， (2)状态函数的改变量只取决于体系的起始状态，而与变 状态函数的改变量只取决于体系的起始状态 化过程无关。 代表体系的状态函数，体系由A 化过程无关。若Z代表体系的状态函数，体系由A态，改变 到B态。则△Z = Zb –Za Z (3)对于循环过程， (3)对于循环过程，状态函数的改变量为零 对于循环过程 (4)状态函数之间互为函数关系 (4)状态函数之间互为函数关系 状态函数的特性可描述为：异途同归， 状态函数的特性可描述为：异途同归， 值变相等；周而复始，数值还原。 值变相等；周而复始，数值还原。 状态函数在数学上具有全微分的性质。 状态函数在数学上具有全微分的性质。 全微分的性质
可逆过程(reversible process)
系统经过某一过程从状态（1）变到状态（2）之 后，如果能使体系和环境都恢复 体系和环境都恢复到原来的状态而 体系和环境都恢复 未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力学 未留下任何永久性的变化 可逆过程。否则为不可逆过程。 可逆过程
开放系统 有物质和能量交换
隔离系统 封闭系统 只有能量交换 无物质和能量交换
系统＋环境＝孤立系统 系统＋环境＝
2. 相
系统还有一种分类法：单相系统，多相系统 系统还有一种分类法：单相系统， 系统中任何物理和化学性质完全相同的、 系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分 称为相。根据相的概念，系统可分为： 称为相。根据相的概念，系统可分为：
系统中相数、组分的确定 系统中相数、组分的确定 相数
气 相
H 2O( g ) ＋ air

热力学第一、二定律

热力学第一、二定律
3、热机的效率：
W
Q1
2021/4/6
8
五、热力学第二定律
1、热力学第二定律常见的两种表述：
（1）按热传递的方向性来表述：不可能使热量从低温 物体传到高温物体，而不引起其他变化。
（2）按机械能与内能转化过程的方向性来表述：不可 能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引 起其他变化。
2、两种表述是等价的。
四、第二类永动机
1、第二类永动机：人们把想象中能够从单一热 源吸收热量，全部用来做功而不引起其他变化的 热机叫做第二类永动机。
2021/4/6
7
2、第二类永动（即效率为100%的热机） 机不可能制成。
这种永动机并不违反能量守恒定律，但与“自然界 中进行的涉及热现象的宏观过程具有方向性”这一自 然规律相违背（。即违背了热力学第二定律）
②能的转化和守恒定律庄严宣告了永动机幻想的彻底破灭，即第 一类永动机（不消耗能量却能源源不断地对外做功的机器）不可 能制成（原因：违背了能量守恒定律）。
2021/4/6
6
三、热传导的方向性
热传导的过程可以向一个方向自发的进行（热量从 高温物体自发的传给低温物体）；但向相反的方向不 会自发的产生（热量不会自发的从低温物体传给高温 物体），只有在外界的帮助才能进行（如电冰箱）。
2、热力学第一定律的表达式
ΔU= Q +W
理解；公式中W表示做功，Q表示热量，ΔU表示内能的变化量 或内能的增加量或内能的增量。
——说明：上式所表示的功、热量跟内能改变之间的定
202量1/4关/6 系。
3
3、定律中各量的正、负号及含义
物理量
符号
意义
符号
意义
W
+
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热量
分子热运动能量
二、准静态过程
1、热力学过程 当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一个状 态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。 热力学过程 准静态过程 非静态过程
系统经历一个过程，状态发生变化，系统一定 经历非平衡态 平衡态 非平衡态 新平衡态
2.
准静态过程
系统从一平衡态到另一平衡态，如果过程中所有中间 态都可以近似地看作平衡态的过程。
等 p1 体 降 p2 压
p
Ⅰ ( p1 ,V , T1 ) Ⅱ
V
( p2 ,V , T2 )
o
V
o
E1
V
QV
E1
吸热过程
E2
QV
E2
放热过程
2. 等压过程
特征
Ap
V2
p
p 恒量
1
O V1
2
V2 V
V1
pdV p( V2 V1 )
M R( T2 T1 ) M mol
Q p E p(V2 V1 )
A1a 0
M i Q1a E1a RTa T1 M mol 2
5
1
0 10
50 V/L
i paVa p1V1 1.90105 J 2
a→2：等压过程
Aa 2
V2
P/atm
Va
V1
pdV p V
2
20
2
a
2
0.81 105 J
5 0 10
1 50 V/L
Ea 2
M i RT2 Ta M mol 2
i p2V2 paVa 2.03105 J 2
Qa 2 Aa 2 Ea 2 2.8410 J
5
对1→a→2过程：
A A1a Aa 2 0.8110 J
5
( p,V2 , T2 ) ( p,V1, T1 )
Ⅱ
Ⅰ
A
A
o
V1
V2 V
o
V2
V1 V
Qp
E2
E1
吸热过程
A
Qp
E1
放热过程
A
E2
3. 等温过程
特征
pV 恒量
恒量
T
p1 p2
p
dT=0，dE=0
.I .II
V1 V2 V
( dQ )T ( dA )T
QT AT pdV
O
V2 dV M M V2 RT RT ln V1 V M mol M mol V1
dE CV dT pdV RdT
－－迈耶公式
C p CV R
在等压过程，温度升高1K，1mol理想气体多吸收 8.31J的热量，用于对外做功。
3）比热容比

理想气体
Cp CV
绝热系数
i2 i
例1、20mol氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图 所示（1）沿1→a→2路径；（2）沿1→2直线。分别求 出这两个过程中的A与Q以及氧气内能的变化E2－E1。氧 气分子当成刚性分子理想气体看待。 P/atm 解： （1）1→a→2 a 20 2 1→a：等体过程
一、热力学第一定律 EB EA E 机械能守恒定律： AE
其中：
A Q AE
Q A E
Q E A
----热力学第一定律的普遍形式
dQ dE dA
----热力学第一定律微分形式
如果系统对外作功是通过体积的变化来实现的，
dQ dE pdV
1、基本概念
1）热容量：
dQ C dT
J K 1
表示升高1K所吸收的热量 2）比热容：单位质量的热容量
C MC 比
J K 1 kg 1
3）摩尔热容量：1mol物质的热容量（Cm）
M C Cm M mol
J K 1 mol 1
2、理想气体的摩尔热容量 1）定体摩尔热容
开尔文
卡诺
克劳修斯
12-1 内能 功和热量 准静态过程
一、基本概念
1、内能： 所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。
M i RT 理想气体： E M mol 2
状态量
2、内能改变的两种方式 1）做功 功是过程量 宏观功
作功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度。
2) 热量传递
热量是过程量
微观功
Q Q1a Qa2 0.9410 J
5
E E2 E1 E1a Ea 2 0.1310 J
5
（2）1→2
功为直线下所包围的面积。
1 5 A p1 p2 V1 V2 0.51 10 J 2
M i E R T2 T1 M mol 2 i p2V2 p1V1 0.13 105 J 2
热量是系统热能与外界热能转换的量度。
系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 .
T1 T2
T1 T2
Q
功与热量的异同
1）过程量：与过程有关； 2）等效性：改变系统热运动状态作用相同； 1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡 3） 功和热量都是系统内能变化的量度,但功和热 本身绝不是内能。
p
0
V 恒量
A=0
b T2
a T1 V
M i E RT M mol 2
M i RdT ( dQ )V dE M mol 2
M i QV E 2 E1 R( T2 T1 ) M mol 2
等 p2
p
Ⅱ ( p2 ,V , T2 ) Ⅰ
V
( p1 ,V , T1 )
体 升 p1 压
每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程。
由一系列依次接替的平衡态组成。 对 “无限缓慢” 的实际过程的近似描述。
3、弛豫时间：
从平衡态破坏到新平衡态建立所需的时间。
无限缓慢： 微小变化时间 >1 ,V1 , T1 )

pV C (恒量)
o
II ( p2 ,V2 , T2 )
i dQ dE dE RdT CV ( )V ( )V 2 dT dT i CV R 2 3 单原子理想气体 CV R 2 双原子理想气体 CV 5 R 2 多原子理想气体 CV 3 R
理想气体的内能：
M E CV T M mol
2）定压摩尔热容
dQ dE dV Cp ( )p p dT dT dT
M p1 RT ln M mol p2
M pV RT M mol
等温膨胀
等温压缩
p p1
p2
( p1 ,V1 , T ) Ⅰ
( p2 ,V2 , T )
p p1
Ⅱ
( p1 ,V1 , T ) Ⅰ
( p2 ,V2 , T )
A
V1
p2
A
V1
Ⅱ
V2
o
V2
V
o
V
QT
E
吸热过程
A
QT
E
放热过程
A
三 气体的摩尔热容量
内能：态函数,系统每个状态都对应着一定内能 的数值。 功、热量：只有在状态变化过程中才有意义，状 态不变，无功、热可言。
4）作功、传热在改变内能效果上一样，但有本质区别
作功：通过物体宏观位移来完成，是系统外物体的 有规则运动与系统内分子无规则运动之间的转换。 功
宏观运动能量
分子热运动能量
传热：通过分子间的相互作用来完成，是系统外、 内分子无规则运动之间的转换。 分子热运动能量
M pV RT M mol
M i M R(T2 T1 ) R(T2 T1 ) M mol 2 M mol M i 1 RT2 T1 M mol 2
p
等 压 膨 胀
p
( p,V1, T1 ) ( p,V2 , T2 )
p
等 压 压 缩
Ⅰ
Ⅱ
p
Q E pdV
V1
V2
第一定律的符号规定
Q
E2 E1
内能增加 内能减少
W
系统对外界做功 外界对系统做功
+
系统吸热 系统放热
物理意义
1）包括热现象在内的能量转换和守恒定律 . 第一类永动机是不可能制成的 .
2）实验经验总结，自然界的普遍规律 .
二、热力学第一定律应用
1.等体过程
特征 dV=0
Q A E 0.6410 J
5
内能的变化与过程无关，是状态量； 功和热量随过程不同而不同，是过程量。
V
三、准静态过程的功和热量
1、机械功
dl
dA Fdl pSdl pdV
----体积功
p F
S
pe
光滑
A
dA
V2
V1
pdV
p
p1
I
b
功与过程的路径有关。 2、热量
p p2
a
II
Q MC比 (T2 T1 )
o V V V dV V V 2 1
12-2 热力学第一定律